TOPSwitch-HX产品系列(TOP252-261).pdf

top252-261 topswitch-hx产品系列 march 2008 性能更丰富、功率范围更大、ecosmart 功能更强大的集成 离线式开关ic 产品特色 降低系统成本，提高设计灵活性 采用多模式工作，可以充分提高所有负载条件下的效率 采用全新的esip-7c封装，新封装基于pi在开发高功率及高可 靠性封装方面的丰富经验 较低的结到外壳热阻（每瓦2 c） 超薄设计，非常适合空间有限制的适配器 使用一个夹片的安装方式可以降低制造成本 通用输入电压范围下、使用p、g和m封装无需散热器时输出功 率最高达35 w，230 vac输入时输出功率最高达48 w 输出过压保护(ovp)可由用户编程，以实现锁存非锁存关断 功能，并可进行快速ac复位 允许初级和次级检测 输入欠压(uv)检测可以防止关机时输出的不良波动 输入过压(ov)关断电路提高了对输入浪涌的耐受力 可实现精确的流限编程 经优化的线电压前馈可抑制线电压纹波 132 khz的工作频率（254y-258y和所有e封装）可以减小变压 器和电源的尺寸 在视频应用时可以选择半频工作 频率调制技术降低了emi滤波元件的成本 散热片与源极相连，从而降低了emi 图 1. 典型的反激式应用 改善的自动重启动功能在短路及开环故障状况下实现3k? vrovp rovp 图 16a. top254-258 y封装的三端工作方式（禁止电压监测和外部流限特性。 频率引脚与源极或控制引脚相连。） 图 17. 实现欠压、过压和线电压前馈的线电压检测 图 18. 实现欠压、过压、线电压前馈及输出过压锁存保护的线电压检测图 19. 实现欠压、过压、线电压前馈及输出过压迟滞保护的线电压检测 图 16c. 三端工作（禁止线电压检测和外部流限特性。对于top252-261 e封装， 频率引脚与源极或控制引脚相连。） xg pi-4984-020708 dc input voltage + - d c sd s c control v top259-261y v x c s gd 图 16b. top259-261 y封装的三端工作方式（禁止电压监测和外部流限特性。） xf dc input voltage + - d csd s c control v v x csfd pi-4956-020708 esip 版本b 03/08 17 top252-261 pi-4720-120307 dc input voltage + - dv s c vuv = rls iuv+vv (iv = iuv) for values shown vuv = 103.8 vdc rls 6.2 v 4 m? 40 k? control pi-4721-120307 dc input voltage + - d s c control v 4 m? 55 k? rls 1n4148 vov= iov rls+vv (iv = iov) for values shown vov = 457.2 vdc 图 20. 仅实现欠压的线电压检测（过压禁止）图 21. 仅实现过压的线路检测（禁止欠压）。低压时会降低最大占空比， 线电压增高时最大占空比进一步降低 电压监测(v)和外部流限(x)引脚的典型使用方法 （继上） 图 22. 外部设定流限 x pi-4722-021308 dc input voltage + - d s c ril for ril= 12 k? ilimit = 61% see figure 55b for other resistor values (ril). top259-261yn would use the g pin as the return for ril. for ril= 19 k? ilimit = 37% control x pi-4723-011008 dc input voltage + - d s c 2.5 m?rls 6 k? ril 100% 100 vdc 53% 300 vdc ilimit= ilimit= top259-261yn would use the g pin as the return for ril. control x pi-2625-011008 dc input voltage + - d s c on/off 47 k? qr can be an optocoupler output or can be replaced by a manual switch. top259-261yn would use the g pin as the return for qr. qr control x on/off 16 k? pi-4724-011008 dc input voltage + - d s c ril qr 12 k?for ril= ilimit= 61% 19 k?for ril= ilimit= 37% qr can be an optocoupler output or can be replaced by a manual switch. control top259-261yn would use the g pin as the return for qr. 图 23. 流限随电压降低而降低 图 24. 启动远程开关图 25. 使用外部流限设定来启动远程开关 版本03/08 18 top252-261 电压监测(v)和外部流限(x)引脚的典型使用方法 （继上） pi-4727-061207 dc input voltage + - d s c control m d sss dsc s c m pi-4728-120307 dc input voltage + - dm s c vuv = iuv rls+vm (im = iuv) vov= iov rls+vm (im = iov) for rls = 4 m? vuv = 102.8 vdc vov= 451 vdc dcmax 100 vdc = 76% dcmax 375 vdc = 41% control rls4 m? 图 29. 三端工作（禁止多功能特性） 图 30. 实现欠压、过压和线电压前馈的线电压检测 图 28. 实现欠压、过压、线电压前馈及输出过压锁存保护的线电压检测， 带器件复位电路 pi-4756-121007 dc input voltage sense output voltage + - dv s c vuv = iuv rls+vv (iv = iuv) vov= iov rls+vv (iv = iov) for rls = 4 m? vuv = 102.8 vdc vov= 451 vdc dcmax 100 vdc = 76% dcmax 375 vdc = 41% control rls4 m? 10 k? reset qr 多功能(m)引脚的典型使用方法 x on/off 16 k? pi-4725-011008 dc input voltage + - d s c control v ril rls qr 4 m? vuv = iuv rls+vv (iv = iuv) vov= iov rls+vv (iv = iov) dcmax100 vdc = 76% dcmax375 vdc = 41% 12 k?for ril= ilimit= 61% qr can be an optocoupler output or can be replaced by a manual switch. top259-261yn would use the g pin as the return for qr. x pi-4726-021308 dc input voltage + - d s c control v ril rls 12 k? 4 m? vuv = iuv x rls+vv (iv = iuv) vov= iovx rls+vv (iv = iov) for rls = 4 m? dcmax 100 vdc = 76% dcmax 375 vdc = 41% for ril = 12 k? ilimit = 61% see figure 55b for other resistor values (ril) to select different ilimit values. vuv = 102.8 vdc vov = 451 vdc top259-261yn would use the g pin as the return for ril. 图 26. 用线电压检测和外部设定流限来启动远程开关图 27. 线电压检测和外部设定流限 版本b 03/08 19 top252-261 pi-4729-120307 dc input voltage sense output voltage + - dm s c vuv = iuv rls+vm (im = iuv) vov= iov rls+vm (im = iov) for rls = 4 m? vuv = 102.8 vdc vov= 451 vdc dcmax 100 vdc = 76% dcmax 375 vdc = 41% control rls4 m? 图 31. 实现欠压、过压、线电压前馈及输出过压锁存保护的线电压检测 pi-4730-120307 dc input voltage sense output voltage + - dm s c vuv = iuv rls+vm (im = iuv) vov= iov rls+vm (im = iov) for rls = 4 m? vuv = 102.8 vdc vov= 451 vdc dcmax 100 vdc = 76% dcmax 375 vdc = 41% control rls4 m? vrovp rovp rovp 3k? 图 32. 实现欠压、过压、线电压前馈及输出过压迟滞保护的线电压检测 pi-4731-120307 dc input voltage + - dm s c vuv = rls iuv+vm (im = iuv) for values shown vuv = 103.8 vdc rls 6.2 v 4 m? 40 k? control pi-4732-120307 dc input voltage + - dm s c vov = iov rls+vm (im = iov) for values shown vov = 457.2 vdc control rls 1n4148 4 m? 55 k? 图 33. 仅实现欠压的线电压检测（禁止过半压） 图 34. 仅实现过压的线路检测（禁止欠压）。低压时会降低最大占空比， 线电压增高时最大占空比进一步降低 多功能 （m） 引脚的典型使用方法 （继上） 图 35. 外部设定流限（通常无必要 - 参考m引脚工作描述） pi-4733-021308 dc input voltage + - dm s c for ril= 12 k? ilimit = 61% control ril see figures 55b for other resistor values (ril) to select different ilimit values. for ril= 19 k? ilimit = 37% pi-4734-092107 dc input voltage + - dm s c control ril rls2.5 m? 6 k? 100% 100 vdc 53% 300 vdc ilimit= ilimit= 图 36. 流限随电压降低而降低（通常无必要 - 参考m引脚工作描述） 版本03/08 20 top252-261 多功能 （m） 引脚的典型使用方法 （继上） pi-4757-120307 dc input voltage sense output voltage + - dm s c vuv = iuv rls+vm (im = iuv) vov= iov rls+vm (im = iov) for rls = 4 m? vuv = 102.8 vdc vov= 451 vdc dcmax 100 vdc = 76% dcmax 375 vdc = 41% control rls4 m? 10 k? qr reset 图 40. 实现欠压、过压、线电压前馈及输出过压锁存保护的线电压检测， 带器件复位电路 pi-4736-060607 dc input voltage + - d s cril rmc 24 k? 12 k? m control qr 2rilrmc= qr can be an optocoupler output or can be replaced by a manual switch. on/off 7 k? 图 39. 用外部设定流限来关闭远程开关（参考m引脚工作描述） pi-4735-092107 dc input voltage + - d s c qr ril m control 12 k?for ril= ilimit= 61% qr can be an optocoupler output or can be replaced by a manual switch. on/off 16 k? 19 k?for ril= ilimit= 37% 图 38. 用外部设定流限来启动远程开关（参考m引脚工作描述） pi-2519-040501 dc input voltage + - d s c qr on/off m control qr can be an optocoupler output or can be replaced by a manual switch. 47 k? 图 37. 启动远程开关 版本b 03/08 21 top252-261 应用范例 高效率的35 w双输出 - 宽范围输入电源 图41所示电路利用了topswitch-hx的一些特性来降低系统成 本、减小电源尺寸、提高效率。此设计提供35 w的总连续输出 功率，采用90v到265v交流输入，在50 c环境下以开放式模式 工作。使用top258p时满载额定效率可达84%。使用dip-8型封 装时，此设计提供35 w的连续输出功率，这是通过器件下方电 路板上起散热作用的铜片区域来实现的。与前几代topswitch 产品相比，有多种工作模式的topswitch-hx大大改善了电源 空载、待机和轻载性能。 电阻r3和r4实现线电压检测，将线电压uv设定为100 vdc，线 电压ov设定为450 vdc。 二极管d5和电阻r6、r7、电容c6以及tvs vr1组成箝位网络， 在mosfet关断后限制topswitch的漏极电压。tvs vr1提供预 设的最大箝位电压，通常在出现故障如过载时导通。这样，可 为rcd箝位（r6、r7、c6和d5）选取正常工作所需的容量， 以使轻载时的效率达到最高。如果反馈电路失效，电源输出端 的电压可能会超过稳压限制范围。输出端增加的电压同时也会 导致偏置绕组输出端电压的增加。齐纳二极管vr2将击穿，电流 将流入topswitch的“m”引脚，topswitch启动迟滞过压 保护，尝试自动重启动。电阻r5将流入m引脚的电流限制到 336 ua，从而设置迟滞过压保护。如果需要锁存型输出过压保 护，将r5的值降低到20 即可。 放大器tl431用于控制输出电压。二极管d9、电容c20和电阻 r16形成软结束电路。开始时，电容c20放电。当输出电压开始 上升时，电流将流经u2a内的光耦二极管、电阻r13和二极管 d9，给电容c20充电。这为初级侧的电路提供了反馈电流。 当电容c20开始充电且控制扩大器ic u3开始工作时，光耦二极管 u2a中的电流将逐渐减小。这样可确保输出电压逐渐递增，并在 无过冲的情况下稳定到最终值。电阻r16可确保在电容c20在启 动后一直保持充电，这样在启动后可有效地将c20与反馈电路隔 离开了。电源关断后，电容c20通过r16开始放电。 电阻r20、r21和r18形成分压器网络。此分压器网络的输出基 本上依赖于r20和r21构成的分压器电路，并且由于电阻r18与 分压器网络的输出端相连，因此在15v输出电压发送变化时，其 输出电压也将会发生一定程度的变化。只有在加载5v输出（这会 导致15v输出在高端规格下工作）时，电阻r19和齐纳二极管 vr3才可改善交叉稳压。 图 41. 使用top258pn设计的35 w双输出电源 d s c m control pi-4747-020508 r11 33 ? r12 33 ? r3 2.0 m? r16 10 k? r17 10 k? r21 10 k? 1% r18 196 k? 1% r19 10 ? r14 22 ? r13 330 ? r15 1 k? r20 12.4 k? 1% d9 1n4148 u3 tl431 2% vr3 bzx55b8v2 8.2 v 2% r7 20 ? 1/2 w vr2 1n5250b 20 v vr1 p6ke200a d5 fr106 r4 2.0 m? r5 5.1 k? r1 1 m? r2 1 m? r8 6.8 ? r10 4.7 ? r6 22 k? 2 w u2b ps2501- 1-h-a u2a ps2501- 1-h-a l2 3.3 ?h l1 6.8 mh l3 3.3 ?h u1 top258pn c9 47 ?f 16 vc20 10 ?f 50 v c21 220 nf 50 v c19 1.0 ?f 50 v c10 10 ?f 50 v c11 2.2 nf 250 vac d6 fr106 d8 sb530 d7 sb560 c8 100 nf 50 v d1 1n4937 d2 1n4007 d3 1n4937 d4 1n4007 c13 680 ?f 25 v c14 680 ?f 25 v c15 220 ?f 25 v c18 220 ?f 10 v c17 2200 ?f 10 v c12 470 pf 100 v c16 470 pf 100 v 2 t1 eer28 7 11 9 3 6 5 4 c4 100 ?f 400 v c6 3.9 nf 1 kv c7 2.2 nf 250 vac c3 220 nf 275 vac rt1 10 ? f1 3.15 a topswitch-hx l e n +12 v, 2 a rtn +5 v, 2.2 a rtn t o 90 - 265 vac 版本03/08 22 top252-261 250-380 vdc输入、150 w输出的高效电源 图42所示为输入电压250 v到380 vdc的电路，用top258y提供 150 w(19 v7.7 a) 输出功率，效率高达84%。此图只表示了直 流输入。一般来讲，在此输出功率的应用中通常都需要一个功 率因子修正升压电路在前端提供直流输入。电容c1用来提供局 部去耦，当电源远离主pfc输出电容时很有必要。 此功率级仍可采用反激式拓扑结构，因为输出电压高，而使得 次级峰值电流足够低，从而可以合理选择大小适当的输出二极 管和电容。在此示例中，我们使用top258yn的上限功率。 电阻r3、r6和r7用来限制输出功率，这样可以在输入电压波动 时维持相对恒定的过载功率。可通过在v引脚与直流电压间连接 一个4 m的阻抗来实现线电压检测。4 m线电压检测电阻是由 电阻r4和r5组成。如果直流输入电压升至450 v以上，在电压恢 复正常值前topswitch-hx将停止工作，以防止器件的损坏。 由于初级电流较高，变压器必需低漏感，因此它通常使用三明 治绕法，次级使用铜箔绕组。因此它通常使用三明治绕法，次 级使用铜箔绕组。即使使用了这种技术，漏感能量仍是简单的 齐纳箝位所无法负荷的。因此增加了与vri和vr3并联的r2、 r3和c6，两个并联的tvs二极管用于降低损耗。在正常工作期 间，vr1和vr3的功耗非常低，漏感能量反而由r1和r2消耗。 但vr1和vr3仍非常重要，它们能将启动和过载情况下的峰值漏 电压限制在topswitch-hx的mosfet额定值700 v以下。电路图 显示由r20、r21、r22、d5和c18组成的额外关断缓冲吸收 电路。这减少了topswitch-hx关断损耗。 次级通过d2和d3、c5、c6、c7和c8来整流和平滑。使用了 两个绕组，并与独立的二极管d2和d3进行整流，限制二极管 损耗。四个电容用于确保未超过它们的最大纹波电流规格。 电感l1以及电容ci5和c16对开关噪声进行滤波。 使用tl431参考ic控制输出电压，由r15、r16和r17等组成的 电位分压器用于检测输出电压。电阻r12和r24共同控制光耦 led电流并设置整体控制环路的直流增益。通过c12、c13、 c20和r13元件获得控制环路补偿。二极管d6、电阻r23和电 容c19形成软结束电路。这样，在输出稳压阻止输出电压过冲 前将电流送入控制引脚，确保输出电压在满载条件下及低电压 启动时保持稳定。 注意散热能力必须足以使topswitch-hx的温度在满载、低压和 最高环境温度条件下，保持低于110 c。如果无法提供足够的 散热面积，就需要通过气流来强制冷却。 l1 d4 1n4148 c11 100 nf 50 v +19 v, 7.7 a rtn rt1 5 ? r19 4.7 ? d3 mbr20100ct r7 4.7 m? d2 mbr20100ct c15-c16 820 ?f 25 v c14 47 pf 1 kv r20 1.5 k? 2 w c10 47 ?f 10 v d1 byv26c t1 ei35 11 4 13,14 5 12 1 9,10 7 r15 4.75 k? 1% c20 1.0 ?f 50 v c17 47 pf 1 kv c9 10 ?f 50 v r23 15 k? 0.125 w r14 22? 0.5 w r3 8.06 k? 1% c4 2.2 nf 250 vac r10 6.8 ? c3 4.7 nf 1 kv c1 22 ?f 400 v r22 1.5 k? 2 w d6 1n4148 r8 4.7 r1 68 k? 2 w f1 4 a c18 120 pf 1 kv r16 31.6 k? 1% r2 68 k? 2 w vr2 1n5258b 36 v r11 1 k? 0.125 w c19 10 ?f 50 v r12 240 ? 0.125 w u1 top258yn r24 30 ? 0.125 w c5-c8 25 v vr1, vr3 p6ke100a r18 22 ? 0.5 w r21 2 w d5 1n4937 u2 pc817a u3 tl431 2% c12 4.7 nf 50 v r17 562 ? 1% r13 56 k? 0.125 w c13 100 nf 50 v ? u2 pc817b 3.3 ?h r4 2.0 m? r5 2.0 ? 1.5 k? t o topswitch-hx r6 4.7 m? 820 ?f 250 - 380 vdc pi-4795-092007 d s c v fx control 图 42. 使用top258yn的150 w、19 v电源 版本b 03/08 23 top252-261 20w连续80w峰值的高效宽范围输入电源 图43所示电路利用了topswitch-hx的一些特性来可降低系统 成本、减小电源尺寸以及在有短时间峰值功率要求时提高电源 效率。此设计提供20 w连续80 w峰值、32 v输出，采用90 v 到264 v交流输入。使用top258mn时满载名义效率可达82%。 m封装元件的限流经过优化，可使电源设计能够实现短时间的 高功率。 电阻r12设置元件的限流。电阻rl1和r14提供电压前馈信号， 使流限可随直流总线电压的上升而降低，从而保持过载恒功率 水平与增加的线电压保持一致。电阻r1和r2执行输入欠压和过 压功能，同时提供前馈补偿，以降低输出端的电压频率纹波。 在发生电涌期间，过压功能可阻止topswitch-hx开关的转换， 从而使器件可以经受住700 v高压的冲击。 由vr7、r17、r25、c5和d2组成的缓冲吸收电路限制最大漏极 电压，并耗散存储在变压器t1漏感中的能量。在topswitch-hx 以较低的频率模式工作期间，此箝位结构可阻止c5放电到低于 vr7的值，从而提高效率。电阻r25用来衰减高频率振铃，从而 降低了emi。 通过topswitch-hx的锁存关断以及r20、c9、r22和vr5，提 供了一个结合输出过压和过功率保护的电路。一旦因输出过载 或开环故障（光耦故障），c13上的偏置绕组输出电压将会升 高，vr5导通触发锁存关断。为了防止因短时间过载而引起错 误触发，r20、r22和c9应起到延迟作用。 为了复位锁存关断后的电源，v引脚必须降到复位阈值以下。 使用快速ac复位电路，可避免与输入电容放电相关的长时间复 位延迟。ac输入由d13和c30进行整流和滤波。ac电源供电 时，q3导通而q1关断，从而实现器件正常工作。但是当ac断 电时，q1拉下v引脚并复位锁存。ac再次上电后，电源便可恢 复正常工作。 通过r1、r2和v引脚，晶体管q2可以提供一个额外的低于设定 水平的uv阈值。输入ac电压较低时，q2关断，使得x引脚浮 动，从而禁止开关。 输出电压以简单的反馈电路进行自动调节。齐纳二极管vr3 设置输出电压和串联电阻r8上的压降，r8设置电路dc增益。 电阻r10和c28提供相位裕量，用以提高环路带宽。 二极管d6和d7是一种低损耗肖特基整流管，电容c20是输出滤 波电容。电感l3是一种共模扼流圈，在使用的输出缆线较长且 输出回路连接到安全接地端时，l3可限制辐射emi。上述情况 的应用范例包括如喷墨打印机等pc外设。 c8 1 nf 250 vac d6-d7 c9 1?f 100 v r17 1 k? 0.5 w vr7 bzy97c150 150 v t1 d2 fr107 d13 1n4007 f1 3.15 a c30 100 nf 400 v q3 2n3904 r23 1 m? c1 220 nf 275 vac 90 - 264 vac r24 1 m? l1 5.3 mh 68 k? d10 1n4007 c3 120?f 400 v r11 3.6 m? d8 1n4007 rt1 10? r1 2 m? r14 3.6 m? d9 1n4007 q2 2n3904 r18 39 k? q1 2n3904 r2 2 m? r3 2 m? r15 1 k? r21 1 m? 0.125 wr4 2 m? r26 c s d v x r22 2 m? c6 100 nf 50 v u4 top258mn c7 47?f 16 v vr5 1n5250b 20 v r25 c5 10 nf 1 kv r6 6.8? c10 1 nf 250 vac ef25 r20 130 k? d5 ll4148 c13 10?f 50 v u2a pc817d r9 2 k? r8 1.5 k? r10 56? vr3 1n5255b 28 v c28 330 nf 50 v r19 68? 0.5 w stps3150 c26 100 pf 1 kv l3 47?h l2 3.3 ?h c31 22?f 50 v c20 330?f 50 v r12 7.5 k? 1% d11 1n4007 100? control c29 220 nf 50 v to 32 v 625 ma, 2.5 apk rtn pi-4833-092007 1 9 10 5 2 3 4 nc topswitch-hx 图 43. 20 w连续、80 w峰值的宽范围输入电源，使用top258mn设计 版本03/08 24 top252-261 高效率的65 w宽范围输入电源 图44所示为输入电压范围为90 vac到265 vac，使用top260en提 供65 w(19 v 3.42 a) 输出功率的电路，效率高达88%。 电容c1和c6以及电感l1和l2提供共模和差模emi滤波。电容 c2为大容量滤波电容，可确保低纹波直流电流进入反激式转换 器级。电容c4为开关电流提供去耦，从而降低差模emi。 在本例中，top260en以降低的电流限流点进行工作，可以提 高效率。 电阻r5、r6和r7用来限制功率，这样可以在输入电压波动时维 持相对恒定的过载功率。可通过在v引脚与直流电压间连接一个 4 m的阻抗来实现线电压检测。4 m线电压检测电阻是由电阻 r3和r4组成。如果直流输入电压升至450 v以上，在电压恢复 正常值前topswitch-hx将停止工作，以防止器件的损坏。 此电路包括一个高效率箝位电路，由二极管d1、齐纳稳压管 vr1、电容c5以及电阻r8和r9共同组成。使用缓冲器箝位将流 入变压器漏抗的能量耗散。在轻载条件下，vr1消耗的功率非常 少，其效率与传统的rcd箝位电路相比大有改善。 变压器的次级侧输出通过二极管d2进行整流，通过c13和 c14进行滤波。磁珠l3和电容c15构成次级滤波器，可有效减小 输出端的开关噪声。 使用lm431参考电压ic控制输出电压。电阻r19和r20形成 的电位分压器用于检测输出电压。电阻r16限制光耦器 led电流并设定整体控制环路的直流增益。通过c18和r21获 得控制环路补偿。将器件连接到初级侧（c8、c9和r15）的 控制引脚，设定低频极点和零点，以进一步形成控制环路 响应。在启动期间，通过c17实现软结束。光耦器u2用于隔 离反馈信号。 二极管d4和电容c10形成偏置绕组整流器和滤波器。如果某 元件出现故障而导致反馈环路开环，偏置绕组电压将会上 升，此时齐纳二极管vr2将击穿并触发过压保护，从而抑制 开关。 与通过偏置绕组进行检测相比，使用vr2、r14和u2实现的可选 次级侧过压保护功能具有更高的精确度。输出端的电压过高将 导致电流流经光耦器u3 led，同时也会使v引脚中的电流流经 电阻r13，从而触发过压保护功能。 图 44. 使用top258yn设计的65 w、19 v电源 pi-4998-021408 r16 33 ? r21 1 k? r20 10 k? r19 68.1 k? r18 47 ? r16 680 ? u4 lm431 2% vr3 bzx79-c22 22 v d1 dl4937 d6 1n4148 d3 bav19ws d5 bav19ws vr2 1n5248b 18 v vr1 bzy97c180 180 v r13 5.1 ? r14 100 ? r12 5.1 k? r11 2 m? r1 2.2 m? r2 2.2 m? r15 6.8 ? r10 73.2 k? r8 100 ? r9 1 k? u3b pc357a u3a pc357a u2b lty817c u2a lty817c l3 ferrite bead l1 12 mh l2 ferrite bead u1 top260en c9 47 ?f 16 v c16 1 ?f 50 v c17 33 ?f 35 v c18 100 nf c11 100 nf 50 v c10 22 ?f 50 v d4 bav19ws d2 mbr20100ct c8 100 nf 50 v c4 100 nf 400 v 3kbp08m br1 c13 470 ?f 25 v c14 470 ?f 25 v c15 47 ?f 25 v c12 1 nf 100 v 4 t1 rm10 fl1 fl25 3 2 6 c6 2.2 nf 250 vac c1 330 nf 275 vac f1 4 a topswitch-hx l e n 19 v, 3.42 a rtn c2 120 ?f 400 v c3 470 pf 250 vac c7 100 nf 25 v c5 2.2 nf 1 kv 90 - 265 vac d s c v fx control r3 2.0 m? r5 5.1 m? r4 2.0 m? r7 15 k? 1% r6 6.8 m? 版本b 03/08 25 top252-261 关键应用考量 topswitch-hx与topswitch-gx 表4就topswitch-hx和topswitch-gx的性能及特性进行了 比较。许多新的特性都省去了额外分立元件的使用，一些特 性增强了设计的稳定性，可以节约变压器及其他功率元件的 成本。 topswitch-hx与topswitch-gx 功能 topswitch-gx topswitch-hx topswitch-hx产品优点 ecosmart线性频率降低到30 khz ( 132 khz)，占空比10% 多模式工作，线性频率降 低到30 khz ( 132 khz)， 多周期调制（几乎无噪声） 在整个负载范围内提高了效率（例如，25%的 负载点） 提高了待机效率 提高了空载功耗 输出过压保护(ovp)不具有用户可编程的初级或次级 迟滞或锁存过压保护ovp 在开环故障期间为电源输出提供保护 最大化设计的灵活性 降低占空比的线电压前馈线性减低双斜率降低，导通初始点 更低、更准确 改善了线电压纹波抑制 缩小了dc总线电容 开关频率dip-8封装132 khz66 khz 增加了给定mosfet尺寸的输出功率 dip-8封装中mosfet导通 电阻降至最低 3.0 (top246p)1.8 (top258p) 设计增加了输出功率，无需外部散热器件 i2f调节不具有-10% / +20% 增加了给定磁芯尺寸的输出功率 减小了过载功率 自动重启动占空比5.6%2% 在开环故障期间降低了传输的平均输出功率 频率抖动4 khz 132 khz 2 khz 66 khz 5 khz 132 khz 2.5 khz 66 khz 降低了emi滤波成本 热关断130 c至150 c135 c至150 c 增加了设计裕量 外部限流点30%-100%的限流点30%-100%的限流点， 在0.7 ilimit时带额外微调 减少了使用外部限流点时的容差 欠压检测阈值50 ma（2 m检测阻抗）25 ma（4 m检测阻抗） 减少了低空载功耗的损耗 软启动10 ms占空比和电流限流点 的抬升 以17 ms扫描多模式特性 降低了启动时峰值电流和元件的电压压力 平滑了输出电压的上升 表 4. topswitch-gx与topswitch-hx比较 版本03/08 26 top252-261 topswitch-hx设计考量 功率表 数据手册中的功率表（表1）代表了以下条件下的最大实际连续 输出功率： 12 v输出。 肖特或高效输出二极管。 135 v的反射输出电压(vor)和估计效率。 在85-265vac输入时的最小直流电压为100，230vac时为 250vdc。 散热能力足以使器件温度保持在约100 c。 功率表内显示的m/p封装的各功率级假定在一个密闭适配器 中，有6.45cm2的（610 g/m2)的铜箔散热区域，或在开放式 设计中有19.4cm2的铜箔散热区域。 各器件的流限决定了所提供的峰值功率。 选择topswitch-hx器件 在应用中，我们应该根据所需的最大输出功率、效率、散热 条件、系统要求及成本目标来选择最适当的topswitch-hx产品 型号。由于可以选择外部降低流限，在需要更高效率或散热条件 很差的低功率应用中，可以选用y、e或m封装的topswitch-hx 器件。 输入电容 输入电容应能提供topswitch-hx转换器所需的最小直流电压， 以保持最低额定输入电压和最大输出功率条件下电压受控。 由于topswitch-hx的dcmax限制较高，并且双斜率线压前馈经 过优化可抑制电压纹波，因此它可以使用更小的输入电容。 对topswitch-hx而言，只要变压器设计得当，通用输入的电容 通常只需每瓦2 f。 初级箝位和输出反射电压vor 初级箝位电路限制topswitch-hx的峰值漏源极电压。齐纳 箝位所需元件数少，占用电路板面积也较小。为提高效率， 箝位齐纳管的电压至少应是输出反射电压的1.5倍，以缩短漏 电尖峰传导时间。在通用输入应用中，使用齐纳二极管箝位 vor的值最好小于135 v，允许齐纳二极管存在绝对公差和温度 变化。这不仅能确保箝位电路有效工作，还可将最大漏极电压 维持在topswitch-hx mosfet的额定击穿电压之下。要完全发 挥topswitch-hx dcmax范围更宽的优势，vor必须更高。rcd箝 位比稳压管箝位的箝位电压容差更严格，vor可达150 v。通过 将外部流限简化为一项输入电压功能，可将rcd箝位的损耗降 至最低（见图23和36）。rcd箝位比齐纳二极管箝位的效率更 高，但需要更加仔细的设计 （见快速设计校验清单）。 1. 2. 3. 4. 5. 6. 输出二极管 输出二极管的选择通常由峰值反向电压、输出电流和应用的热 条件（包括热吸收、空气流通等）来确定。topswitch-hx的 dcmax较高，只要变压器匝数比恰当，在高达15 v的输出电压上 可使用80 v肖特二极管，以获得更高效率（见图41）。 偏置绕组电容 由于空载时工作频率很低，建议使用10 mf的偏置绕组电容。 软启动 通常在启动时，电源在反馈回路稳定前承受的压力最大。接通 时，片内软启动在17 ms内使漏极峰值电流和开关频率从它们的 低启动值增大到其各自最大的值。这使得输出电压依次上升， 为反馈回路控制占空比提供时间。这不仅降低了topswitch-hx 的mosfet、箝位电路和输出二极管的压力，也有助于防止在 启动期间变压器过饱和。软启动同时还能限制输出电压过冲的 幅值，在大多数应用中都无需软结束电容。 emi 频率调制特性是将开关频率调制在狭窄的波段内，从而降低与 基本开关频率的各次谐波相关的emi峰值。此特性对均值探测模 式特别有利。此特性对均值探测模式特别有利。从图45我们可 以看出，频率偏离越大，开关谐波阶次越高，抖动的益处就越 明显。p、g或m封装器件以及top259-261yn以额定开关频率 工作。top254-258 y和e封装器件的开关频率可以通过频率(f) 引脚选为132 khz或66 khz。某些应用为了降低高频辐射噪声， 漏极节点需要较大的缓冲器（例如vcr、dvd、显示屏、电视 机等等），这时选择66 khz工作频率可以降低缓冲器损耗， 提高效率。同样，在变压器尺寸无关紧要的应用中，选择 66 khz也能降低emi，提高效率。可以看到66 khz的二次谐波仍 低于150 khz，而频率在150 khz以上时emi指标要求会严格得多。 对l0 w以下应用，用简单的电感就可以满足全世界各种关于emi 的限制条件，而无需更昂贵的交流输入共模电感。 变压器设计 变压器的工作磁通密度最好不超过3000高斯，最大流限时的峰 值磁通密度不超过4200高斯。匝数比的选择应能满足以下条 件：反射电压(vor)在使用齐纳箝位时不超过135 v，使用前馈电 压降低流限（过载保护）的rcd箝位时不超过150 v（最大）。 如果设计的工作电流远远低于缺省的流限值，最好用接近峰值 工作电流的外部流限，降低峰值磁通密度和峰值功率（见图 22和35）。在大多数应用中，topswitch-hx比topswitch-gx 具有更严格的流限容差、更高的开关频率和特有的软启动特 性，这些都有助于减小变压器尺寸。 版本b 03/08 27 top252-261 图 45b. 同一电路和条件下，topswitch-hx的全程emi扫描（132 khz、有抖动） -20 -10 0 -10 20 30 40 50 60 70 80 0.1511030 frequency (mhz) amplitude (db?v) pi-2576-010600 en55022b (qp) en55022b (av) en55022b (qp) en55022b (av) -20 -10 0 -10 20 30 40 50 60 70 80 0.1511030 frequency (mhz) amplitude (db?v) pi-2577-010600 topswitch-hx (with jitter) 图 45a 固定频率下的工作，无频率抖动 待机功耗 频率降低特性能显著降低轻载或空载功耗，特别是使用齐纳箝 位时。如果次级功耗很低，也可以使用tl431调节器来控制 反馈。典型的topswitch-hx电路可以在空载时自动进入mcm模 式，轻载时自动进入低频率模式，这样在空载或待机条件下的 功率损耗会非常低。 高功率设计 topswitch-hx产品系列所包含的元件可以提供最大333 w的 功率。高功率设计需要特殊的考量。高功率设计指引请见 topswitch-hx设计指南(an-43)。 topswitch-hx的布局考虑 topswitch-hx具有多个引脚，可以以高功率水平进行工作。 设计时应认真遵循以下指南： 初级侧连接 topswitch-hx源极引脚的输入滤波电容的负极端采用单点 (kelvin)连接到偏置绕组的回路。使电涌电流从偏置绕组直接返 回输入滤波电容，增强了浪涌的承受力。控制引脚旁路电容应 尽可能接近源极和控制引脚，其源极连线上不应有电源 mosfet的开关电流流过。所有以源极为参考，连接到多功能 (m)、电压监测(v)或外部流限(x)引脚的元件同样也应尽可能靠近 源极和相应引脚，而且源极连线上仍不应有电源mosfet的开 关电流流过。重要的是，由于源极引脚也是控制器的参考